朱伯芳
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朱伯芳，1951年畢業于上海交通大學(xué)土木系。曆任安徽省佛子嶺、梅山水庫工程指揮部工程技術科技術員，水利部治淮委員會設計院水工室組長(cháng)、工程師，水利電力部水利水電科學(xué)研究院結構材料所高級工程師，華北水利水電學(xué)院教授。參加了佛子嶺、梅山水庫連拱壩及響洪甸水庫拱壩的設計工作。在混凝土溫度應力、徐變理論、有限元方法、新壩型、壩工優化設計等方面(miàn)的研究成(chéng)果，已在新安江、劉家峽、李家峽等水利工程中得到應用。水工混凝土溫度應力的研究成(chéng)果，1982年獲國(guó)家自然科學(xué)獎三等獎，出版多部著作。 人物簡介： 朱伯芳，著名水工結構和固體力學(xué)專家，中國(guó)工程院院士。我國(guó)混凝土溫度徐變應力、拱壩優化及混凝土壩仿真的創建者和奠基人。提出非均質彈性徐變體兩(liǎng)個基本定理及有限元徐變應力隐式解法。 提出了庫水溫度、溫度荷載及重力壩、拱壩、船塢、水閘、澆築塊等一系列水工結構溫度徐變應力計算方法，建立了混凝土溫度應力和溫度控制較完整的理論體系，提出了結束“無壩不裂”曆史的策略和技術，并已在部分工程實現。提出了拱壩優化數學(xué)模型和求解方法，用優化方法設計的拱壩已建成(chéng)170餘座，可節約10%~30%。提出了混凝土壩仿真的一整套計算方法。提出的各種(zhǒng)計算方法和設計準則獲廣泛應用，納入我國(guó)重力壩、拱壩等設計規範的即有14種(zhǒng)。 人物資料： 1928年10月17日 出生于江西省餘江縣。 1948年-1951年 交通大學(xué)土木工程系學(xué)習。 1951年-1956年 參加治淮工程，先後(hòu)參加了安徽佛子嶺、梅山、響洪甸三水庫的設計，任技術員、工程師、壩工組長(cháng)。1957年-1969年 水利電力部水利水電科學(xué)研究院結構材料研究所任工程師、組長(cháng)，從事(shì)混凝土高壩研究，在中國(guó)開(kāi)辟了混凝土溫度應力、混凝土徐變理論等新的研究領域。 1969年-1978年 水利電力部第十一工程局勘測設計研究大隊任工程師、課題組長(cháng)，從七十年代初開(kāi)始，積極推廣有限單元法；從1976年開(kāi)始，開(kāi)辟了拱壩優化這(zhè)一新的研究領域。 1978年--至今 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院教授級高級工程師、博士生導師、研究室主任、兼任水利部和國(guó)務院南水北調辦公室科學(xué)技術委員會委員，1984年被授與首批國(guó)家級有突出貢獻科技專家稱号，1995年當選爲中國(guó)工程院院士，第八、九屆全國(guó)政協委員。 人物簡介： 朱伯芳1928年10月17日出生于江西省餘江縣馬崗下朱村的一個書香之家。其祖父朱際春老先生系前清秀才，一生以教書爲業；其父朱祖明先生，畢業于北平大學(xué)電機系，一生從事(shì)技術和教學(xué)工作。朱伯芳從小學(xué)到中學(xué)，正值抗日戰争時期，生活與求學(xué)之路，颠沛流離，曆盡坎坷。敵寇入侵，國(guó)運危殆，激勵着他勤奮學(xué)習，各科成(chéng)績一直名列前茅。 解放前江西餘江極少工業，當地比較現代化的設施隻有一條浙贛鐵路。朱伯芳中學(xué)時代的人生目标，就是希望做一名鐵路工程師， 1948年從南昌一中高中畢業後(hòu)，以第一名的成(chéng)績考取交通大學(xué)土木系。進(jìn)入交大後(hòu)，因爲經(jīng)濟拮據，隻好(hǎo)半工半讀，一邊讀書，一邊做家庭教師。大學(xué)生活開(kāi)闊了眼界，他立志都(dōu)市規劃建設，大學(xué)三年級選擇了市政工程專業。然而，一場天災改變了他的命運。1950年淮河發(fā)生了曆史上罕見的洪水，國(guó)家成(chéng)立了治淮委員會，并決定華東、中南兩(liǎng)個大區所有大學(xué)土木、水利系的四年級學(xué)生，中斷學(xué)習參加治淮工程。朱伯芳被分配到了安徽，參加佛子嶺水庫連拱壩的設計。國(guó)家原定這(zhè)批學(xué)生一年後(hòu)回校繼續完成(chéng)學(xué)業，但一年期滿後(hòu)，大壩的設計工作尚未完成(chéng)，由于工作需要，他提前畢業，留在了治淮委員會。從此，他徹底放棄了都(dōu)市建設的夢想，結束了求學(xué)生涯，開(kāi)始了爲之奮鬥一生的水利事(shì)業。 在淮河，朱伯芳參加了中國(guó)第一批建造的佛子嶺、梅山、響洪甸三個混凝土壩的設計。爲中國(guó)從無到有掌握現代混凝土壩設計技術作出了貢獻，并有所創新。 1956年，黨中央提出向(xiàng)科學(xué)進(jìn)軍的方針，中央各部門均成(chéng)立科研院所。水利部在北京成(chéng)立了水利水電科學(xué)研究院，朱伯芳于1957年調至該院從事(shì)混凝土高壩的研究工作後(hòu)，在中國(guó)開(kāi)辟了混凝土溫度應力和混凝土徐變兩(liǎng)個新的研究領域，建立了完整的計算分析和理論體系，取得了一系列國(guó)際領先水平的成(chéng)果，已在國(guó)家經(jīng)濟建設中廣泛應用。“文革”期間，水科院被撤消，朱伯芳被下放至河南三門峽工地，在十分艱難的條件下，他仍夜以繼日地工作着，在有限元及溫度應力等方面(miàn)取得了豐碩成(chéng)果。1978年他回到重建的水科院後(hòu)，積極從事(shì)拱壩優化、有限元仿真及溫度應力等方面(miàn)的研究工作，取得大量高水平成(chéng)果。 朱伯芳獲得的主要獎勵有：1956年，安徽省先進(jìn)工作者；1982年，以“水工混凝土結構溫度應力研究”獲國(guó)家自然科學(xué)三等獎（第一獲獎者）；1984年，獲首批國(guó)家級有突出貢獻科技專家稱号；1988年，以“拱壩優化方法、程序與應用”獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎（第一獲獎者）；2000年，以“混凝土高壩全過(guò)程仿真分析及溫度應力研究”獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎（第一獲獎者）。 朱伯芳1995年當選爲中國(guó)工程院院士。曾先後(hòu)當選爲第八、九屆全國(guó)政協委員。現任中國(guó)水利水電科學(xué)研究院科學(xué)技術委員會副主任、水利部和國(guó)務院南水北調辦公室科學(xué)技術委員會委員、中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會常務理事(shì)，小灣拱壩等多個大型水利水電工程和設計院的顧問。曾任中國(guó)土木工程學(xué)會常務理事(shì)、國(guó)際土木與結構工程計算機應用學(xué)會理事(shì)、中國(guó)土木工程計算機應用學(xué)會理事(shì)長(cháng)、國(guó)務院學(xué)位委員會學(xué)科評議組成(chéng)員。曾先後(hòu)兼任清華大學(xué)、天津大學(xué)、華北水利水電學(xué)院教授。現任土木工程學(xué)報、工程力學(xué)、計算力學(xué)及運用、水力發(fā)電、基建優化等雜志編委。 研究領域： “十年動亂”期間，朱伯芳被下放至河南省三門峽市郊的水利工地。逆境中他并沒(méi)有沉淪，從1972年開(kāi)始，他聯合宋敬廷，把當時國(guó)外剛剛興起(qǐ)的有限單元法引進(jìn)到國(guó)内。朱伯芳的主要貢獻有： （1）與宋敬廷合作，編制中國(guó)第一個不穩定溫度場程序，第一個混凝土溫度徐變應力程序（1972年），第一個彈性厚殼程序等5個有限元程序，并應用于大量工程計算；（2）徐變應力的隐式解法；（3）中國(guó)第一個混凝土壩仿真計算（1972年，三門峽底孔壩段）；（4）提出了混凝土高壩仿真的一整套高效率、高精度的計算方法，包括并層算法、分區異步長(cháng)算法、并層壩塊接縫單元、水管冷卻等效熱傳導方程等；（5）撰寫出版《有限單元法原理及應用》一書，爲設計、科研、工程、教學(xué)發(fā)揮了積極的作用。 随着時代的發(fā)展，有限元方法的推廣和計算機技術的逐步普及，随之而來的是混凝土壩仿真分析研究的實用性及可行性增強，适用範圍進(jìn)一步擴大，成(chéng)果水平日益提高，從而爲21世紀水利工程的設計和施工起(qǐ)到了關鍵性作用。目前，中國(guó)的高混凝土壩溫度應力及溫度控制仿真分析水平，在世界上處于領先地位。已經(jīng)用這(zhè)套方法，對(duì)國(guó)内數十座大中型水電站進(jìn)行了溫度應力及溫度控制仿真分析，所得成(chéng)果，被廣泛應用于設計和施工。 2000年，他以“混凝土高壩全過(guò)程仿真分析及溫度應力研究”，獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎。 主要成(chéng)就： 1949年以前，中國(guó)隻有一座日本人建造的豐滿混凝土重力壩，沒(méi)有自行設計的混凝土高壩，中國(guó)在混凝土壩的設計和施工方面(miàn)是一片空白。1951年至1956年，朱伯芳參加了中國(guó)第一批三座混凝土高壩——佛子嶺連拱壩、梅山連拱壩、響洪甸拱壩的設計，并擔任響洪甸壩工組長(cháng)。佛子嶺是中國(guó)自行設計建造的第一座混凝土高壩，梅山是當時世界上最高的連拱壩，響洪甸是中國(guó)第一座混凝土拱壩。在汪胡桢、曹楚生的領導下，朱伯芳與裘允執、周允明、薛兆炜等一起(qǐ)，通過(guò)這(zhè)三座大壩的建設，掌握了現代混凝土高壩的一整套設計技術，并有所創新。 早在1952年，朱伯芳就針對(duì)當時國(guó)外壩工建設中，全壩均采用統一混凝土标号的做法，提出了根據不同應力水平，在壩體不同部位采用不同的混凝土标号的理念，運用于工程中後(hòu)，節省了大量資金。此種(zhǒng)做法如今已成(chéng)爲大壩設計中的常規理念；1953年，朱伯芳提出變厚度支墩壩應力的彈性力學(xué)解法；1955年，朱伯芳提出了有熱源水管冷卻解法及澆築層水化熱溫升理論解，該成(chéng)果早在20世紀50年代末即已享譽國(guó)内外。如前蘇聯1959年編制的三門峽重力壩設計書中即有以下記載：“本壩冷卻水管的計算，采用了中國(guó)朱伯芳方法”。 溫度應力是水工混凝土結構設計和施工的一個關鍵問題。朱伯芳以他敏銳的洞察力，早在1955即在國(guó)内首先開(kāi)辟了混凝土溫度應力和溫度控制的研究領域，并憑借他多年的工程設計實踐和深厚的理論功底，闡明了混凝土溫度應力的基本規律，建立了完整的計算分析和理論體系，提出了混凝土澆築塊、基礎梁、船塢、水閘、重力壩、拱壩、孔口、庫水溫度、寒潮、水管冷卻等一系列溫度應力研究成(chéng)果和計算方法，廣泛應用于實際工程，其中11項成(chéng)果已經(jīng)納入國(guó)家重力壩、拱壩、船塢、水工荷載、水工混凝土結構等設計規範。 以他本人成(chéng)果爲核心的《水工混凝土結構的溫度應力與溫度控制》一書（75萬字），是大體積混凝土方面(miàn)的重要著作，在水工混凝土結構設計和施工中發(fā)揮了重要作用，并獲得國(guó)内外高度重視和廣泛好(hǎo)評，1991年，日本建設省已將(jiāng)全書譯成(chéng)日文。1982年，他以“水工混凝土結構溫度應力研究”，獲得國(guó)家自然科學(xué)三等獎。此後(hòu)，他又繼續在溫度應力和溫度控制方面(miàn)積極研究，發(fā)表技術論文30餘篇，對(duì)通倉澆築常态混凝土重力壩、碾壓混凝土重力壩、碾壓混凝土拱壩的溫度應力和溫度控制進(jìn)行了系統研究，于1999年出版了專著《大體積混凝土溫度應力與溫度控制》（115萬字）。 國(guó)内外混凝土壩“無壩不裂”是長(cháng)期困擾水工界的一個世界性難題，朱伯芳對(duì)此進(jìn)行了長(cháng)期的系統研究。他先後(hòu)提出了加強混凝土施工質量控制、優化材料抗裂性能(néng)、适當提高抗裂安全系數、嚴格控制基礎溫差和内外溫差等指導思想，特别着重批判了廣爲流行的混凝土齡期28d後(hòu)無需表面(miàn)保護的片面(miàn)觀點，強調多數情況下應進(jìn)行全年保溫。在他指導下進(jìn)行溫控設計的江口拱壩和三江河拱壩，由于溫控措施得當，竣工數年未出現裂縫。三峽二期工程開(kāi)始前，他建議加強表面(miàn)保護，采用上遊面(miàn)5cm、下遊面(miàn)3cm泡沫塑料長(cháng)期保溫，當時未被工程采納，施工後(hòu)産生了較多的裂縫。三峽三期工程采納了他的意見，施工三年來，未出現一條裂縫。全世界 “無壩不裂” 的曆史可望結束。 朱伯芳對(duì)溫度應力和溫度控制研究的成(chéng)果，主要包括以下幾方面(miàn)：（1）冷卻水管計算方法：有熱源，非金屬水管，等效熱傳導方程；（2）澆築塊溫度應力：應力影響線，應力與塊長(cháng)的關系，相鄰壩塊高差；（3）重力壩溫度應力：劈頭裂縫，無應力條件，壩體加高新方法；（4）庫水溫度及拱壩溫度荷載；（5）碾壓混凝土拱壩溫度荷載與接縫設計方法，碾壓混凝土重力壩溫度應力特點和同時考慮降溫、自重和水壓的算法；（6）船塢和水閘的溫度應力；（7）基礎梁溫度應力；（8）寒潮應力；（9）氧化鎂混凝土築壩的基本理論；（10）結束“無壩不裂”曆史的指導思想和工程措施及在江口拱壩、三江河拱壩和三峽工程中的實現。 實際工程中的結構絕大多數爲非均質結構，其徐變影響問題，過(guò)去一直沒(méi)有解決。朱伯芳首先給出比例變形條件，然後(hòu)提出并證明了非均質彈性徐變體的兩(liǎng)個基本定理，解決了非均質結構的徐變影響問題：當結構符合比例變形條件時，在外力的作用下，徐變不影響應力，隻影響變位。在溫度的作用下，徐變不影響變位，隻影響應力，而且可用松弛系數法計算；如果結構不符合比例變形條件，則徐變對(duì)應力和變位都(dōu)有影響，而且不能(néng)采用松弛系數法計算。他提出的混凝土彈性徐變體有限元的隐式解法、子結構法和簡諧徐變應力分析的等效模量法，使計算精度和計算效率得到很大提高，獲得廣泛應用。他還(hái)提出了混凝土彈性模量、徐變度、應力松弛系數等計算公式，均爲中國(guó)新編水工混凝土結構規範所采用。 此外，1960年，朱伯芳提出計算岩基内地下結構山岩壓力的新的思路和方法，即考慮岩體蠕變和地應力計算山岩壓力的方法，比國(guó)外同類計算方法早提出4年，可惜該論文在1960年三峽科研會議上交流後(hòu)，收入水科院論文集，而正值“三年困難時期”，論文被拖至1965年才正式出版，正式發(fā)表時間反而比國(guó)外的成(chéng)果晚了一年。目前該方法已成(chéng)爲工程設計界廣泛接受的計算方法。 在對(duì)大壩混凝土應力分析的過(guò)程中，施工過(guò)程對(duì)壩體應力有重要影響。混凝土大壩是分層施工的，高壩的施工分層可達數百層之多，各層的材料性質不同，并随時間不斷變化。這(zhè)種(zhǒng)特點，使得仿真分析計算十分困難。對(duì)此，朱伯芳提出了并層算法和分區異步長(cháng)算法，解決了這(zhè)一關鍵問題。 朱伯芳的一系列研究成(chéng)果，使中國(guó)在混凝土徐變溫度應力分析方面(miàn)的研究工作，處于世界領先水平。 科技帶頭： 兩(liǎng)院院士中的絕大多數人，都(dōu)是從國(guó)外留學(xué)歸來，或在國(guó)内取得博士、碩士學(xué)位，而朱伯芳隻讀了三年大學(xué)，嚴格說來大學(xué)都(dōu)未畢業，用他自己的話來說，之所以能(néng)夠作出一些成(chéng)績，主要靠三條：（1）重視工程實踐；（2）勤奮；（3）勇于進(jìn)取。 朱伯芳思維敏捷，才智過(guò)人，工作勤奮。他1951年從交大提前畢業參加治淮，大學(xué)3年中，數學(xué)隻學(xué)過(guò)内容很淺的微積分和常微分方程，力學(xué)隻學(xué)過(guò)材料力學(xué)和結構力學(xué)，連水工結構和彈性力學(xué)都(dōu)沒(méi)有學(xué)過(guò)。參加工作後(hòu)，一直忙于工作，從未得到過(guò)進(jìn)修機會，但他幾十年如一日堅持“白天好(hǎo)好(hǎo)工作，晚上好(hǎo)好(hǎo)學(xué)習”的信條，在繁重的設計和科研工作之餘，利用業餘時間，争分奪秒地系統學(xué)習與工作有關的基本理論與科技文獻。剛參加工作初期，身處大别山腹地，非常閉賽，沒(méi)有書店，沒(méi)有圖書館，想買書都(dōu)買不到。朱伯芳就利用同事(shì)出差、探親到大城市的機會，開(kāi)出長(cháng)長(cháng)的書單，托他們代爲買書。工夫不負苦心人，勤奮學(xué)習的結果，使得他在迅速積累工作經(jīng)驗的同時，急劇提高了自己的理論水平。早在1953年，他就用彈性力學(xué)求出了變厚度支墩壩應力的理論解，在1955年，用拉普拉斯變換、貝塞爾函數和積分方程給出了有熱源水管冷卻和澆築層水化熱溫升的理論解。這(zhè)些在50年後(hòu)的今天仍不斷被人們引用的高水平的成(chéng)果，表明他當時不但掌握了現代壩工設計技術，還(hái)具備了精湛的理論水平。 文革10年下放三門峽工地，既沒(méi)有科研設備，科研任務也很少，全家人住在土坯砌築的簡易工棚中，連炊飯用煤都(dōu)要自己拉闆車到幾十裡(lǐ)外的三門峽市去購買。生活上的艱苦和工作上的無事(shì)可幹，使得不少善良的人們逐漸消沉下去。然而朱伯芳不顧客觀條件的艱難，選擇了自強不息的道(dào)路。10年裡(lǐ)，在大山深處最簡陋的土坯房中，夜以繼日地研究着當時世界最先進(jìn)的有限元和拱壩優化，主編了5個有限元程序，出版了兩(liǎng)本專著，發(fā)表了20多篇論文，爲一系列水利工程提供了大量研究成(chéng)果。他的一系列著作，在幾十年後(hòu)的今天，仍被大量應用。如今朱伯芳已是年逾古稀的老人，仍孜孜不倦，堅持學(xué)習，思維仍十分銳利清晰，始終引領本專業方向(xiàng)。以至于他周圍的許多年輕人，都(dōu)感歎跟上他的思維節奏不是一件容易的事(shì)情。 難能(néng)可貴的是，與純粹的理論家和單純的實踐家不同，朱伯芳集兩(liǎng)者爲一身，將(jiāng)水工混凝土結構的理論和實際完美的結合在一起(qǐ)，造就出中國(guó)傑出的水利工程和固體力學(xué)專家。他的個人經(jīng)曆，涉及設計、施工、科研各個領域。從朱伯芳身上，看到了科學(xué)家兼工程師的許多優良品質。他不斷開(kāi)拓新的研究領域，始終站在科學(xué)研究的第一線。爲了摸清生産中存在的問題，他幾乎跑遍了國(guó)内所有混凝土壩工地；面(miàn)對(duì)現代科學(xué)技術的飛速發(fā)展，他廣泛涉獵周圍學(xué)科，跟蹤國(guó)際新技術的發(fā)展趨勢；他緊密聯系實際，勇于開(kāi)拓，不斷爲中國(guó)水利工程的設計、科研和施工提供一系列開(kāi)拓性的成(chéng)果。 朱伯芳個性剛毅，脾氣耿直，性情直爽。由于這(zhè)種(zhǒng)性格，他身處逆境不氣餒，在十年動亂人生境遇最困難的時期，仍自強不息，積極研究有限元方法、拱壩優化及混凝土築壩技術的關鍵問題，奠定了日後(hòu)事(shì)業的輝煌；也還(hái)是由于這(zhè)種(zhǒng)性格，他能(néng)抓住關鍵、獨立思考、堅持原則、不随大流，在許多重大問題上提出自己獨到的見解。 朱伯芳熱情關懷年輕人的培養與成(chéng)長(cháng)，循循善誘，不遺餘力。他擔任20多年研究生導師，培養出一批博士、碩士，如今都(dōu)是各自崗位的骨幹力量。他開(kāi)創的混凝土溫度應力、混凝土徐變和拱壩優化三個研究領域，造就了許多專業人才。他關心周圍同事(shì)的成(chéng)長(cháng)，嚴格要求身邊的每一個人。朱伯芳經(jīng)常告誡他的學(xué)生們，要“勤于工作，勤于學(xué)習，勤于思考。”要求學(xué)生做到的，他自己首先做到。他對(duì)工作抓得很緊，分秒必争，全身心投入。他的工作效率極高，雖年逾古稀，仍主持着國(guó)家重點科研項目，每年在國(guó)内外刊物上發(fā)表5-6篇論文。所有文章的中英文都(dōu)是他親自撰寫，其中的計算方法和公式大都(dōu)是他親手推導。 朱伯芳常對(duì)年輕人說：“對(duì)于一個科技工作者來說，勤于工作，勤于學(xué)習是必要的，但光有這(zhè)兩(liǎng)條還(hái)不夠，還(hái)要勤于思考。” “生活中不乏這(zhè)樣的人，工作和學(xué)習都(dōu)很勤奮，讀了不少書，看了不少文獻，搞了多年的研究工作，但好(hǎo)的科研成(chéng)果不多，爲什麼(me)？一個重要的原因是思考不夠。”他是一個勤于思考的人，對(duì)于自己的研究課題，他常常提出比較高的目标，然後(hòu)反複琢磨；對(duì)于一個問題，他經(jīng)常是把各種(zhǒng)影響因素找出來，梳理排序，并在研究工作中從不同角度反複思考、探究。他非常重視對(duì)中間成(chéng)果的檢查分析，以便從中發(fā)現問題。朱伯芳把他的畢生精力和智慧，都(dōu)奉獻給了中國(guó)的水利水電事(shì)業，碩果累累，從而得到人們的尊敬和推崇。 人物事(shì)迹： 朱伯芳院士指出，汶川地震證明，全世界的地震也證明了一個問題：各種(zhǒng)土木水利工程建築中，混凝土壩表現出的抗震能(néng)力是最強的， 這(zhè)次汶川地震給國(guó)家造成(chéng)的損害是很大的，死亡人數大緻7萬，還(hái)有很多失蹤的人。這(zhè)些人是怎麼(me)死的?應該說最主要的原因是房子倒塌壓死的，震中區差不多整個城市都(dōu)毀滅了，所以這(zhè)次汶川地震中大量的房子倒了，大量的橋倒了，大量的公路破壞了，很多公路被破壞了恢複不了，因爲很陡，因爲地震的時候整個都(dōu)滑掉了，所以修是很難修的。也就是說，這(zhè)次建築物破壞是很嚴重的，大約死了七、八萬人，主要是房子倒塌壓死的。 可是四川是一個水利大省，修建了很多水壩，但是沒(méi)有垮一個大壩。這(zhè)說明了什麼(me)問題?在這(zhè)次地震中，水壩的表現是好(hǎo)的，特别是混凝土壩，混凝土壩有一些損害，但是很輕微。今天要講的問題，爲什麼(me)房子倒了，牆倒了，路壞了，但是大壩表現的非常好(hǎo)，這(zhè)是一個偶然的原因，還(hái)是必然的原因?認爲這(zhè)是一個必然的原因，不是一個偶然的原因。 全世界的混凝土壩在地震之後(hòu)的表現，從全世界來看，每次地震之後(hòu)，房子、橋的破壞是很嚴重的，但是水壩的破壞是總輕的。全世界的混凝土壩隻有一個在地震之後(hòu)破壞比較重，這(zhè)個壩就是台灣的石岡壩，台灣在1999年9月21日産生了一個7.3級大地震，這(zhè)是台灣一百年以來最嚴重的一次地震，震中就在日月潭附近。知道(dào)，台灣的壩是很多的，在石岡重力壩上，它并不高，有20米左右，石岡壩受到了嚴重的破壞。石岡壩一共有20幾個壩段，台灣這(zhè)次地震引起(qǐ)地震的活動斷層活動了105公裡(lǐ)，本來是一個斷層，但是快到石岡壩附近的時候，一下子分成(chéng)八個子斷層，其中一個子斷層就穿過(guò)了石岡壩。因此，石岡壩在這(zhè)個地方附近，它的變形是水平位移1米，垂直位移一邊是10米，一邊是2.5米，斷層兩(liǎng)邊的位移差就是7.8米，所以地震之後(hòu)這(zhè)邊比另外一邊高7.8米。這(zhè)樣這(zhè)三個壩段就徹底壞了，但是其他的壩段并沒(méi)有壞。後(hòu)來怎麼(me)辦?地震之後(hòu)，就在前面(miàn)做一個圍堰把其他三個壩擋起(qǐ)來，其他的壩照樣用。當這(zhè)個活動層穿過(guò)壩體的時候，這(zhè)個壩是要壞的。斷層穿過(guò)去之後(hòu)，任何何建築是不可能(néng)站住的。剛才講，地震之後(hòu)把前面(miàn)做個圍堰，把這(zhè)三個壩擋住了，其他的壩還(hái)照樣用。即使這(zhè)樣一個斷層穿過(guò)壩，也就隻破壞了三個壩段，其他的壩并沒(méi)有壞。這(zhè)是說明了混凝土壩的抗震性能(néng)是非常強的。 現在看看其他壩的破壞情況。比如拱壩，地震之後(hòu)附近的公路全部倒了，壩唯一滲壓力增加了，滲透水增加了一點，但是過(guò)了幾個月又恢複正常了。還(hái)有很多其他的壩， 就不詳細說了。國(guó)外的拱壩，經(jīng)過(guò)兩(liǎng)次大的地震，壩本身沒(méi)有什麼(me)問題，但是因爲地質情況不好(hǎo)，做了一個重力敦，重力敦也沒(méi)有動，後(hòu)面(miàn)的山體動了20公分，但是加固之後(hòu)還(hái)可以用。 總的情況，除了石岡壩，全世界的混凝土壩，其他的所有混凝土壩沒(méi)有一個垮塌的，破壞無非是産生一點裂縫。那麼(me)現在 就說明這(zhè)個問題，這(zhè)到底是偶然的，還(hái)是必然的?因爲不是一次這(zhè)樣的情況，全世界都(dōu)是這(zhè)樣的現象，經(jīng)過(guò)大地震之後(hòu)，房子倒了很多，橋倒了很多，路破壞了很多，但是混凝土壩沒(méi)有問題，這(zhè)是什麼(me)原因? 現在就說明這(zhè)個原因。 這(zhè)是一個高層建築。搞設計的時候有兩(liǎng)個荷載，一個是垂直荷載，一個是水平荷載，任何建築都(dōu)是這(zhè)樣的。混凝土壩也是一個垂直荷載，一個是水平荷載。但是不同的建築是不一樣的，高層建築在平常的時候最主要的是垂直荷載，它的水平荷載是很小的，一般是風荷載，而風荷載是很小的。假如 是一個設計者，沒(méi)有考慮地震，就隻考慮風荷載，建築的安全系數一般是在1.8-2.0左右，地震荷載就遠遠超過(guò)1.8-2.8，所以它就受不了，所以它就垮了。另外，假如平時隻設計的是輕度地震，那麼(me)是0.1G，假如來了一個9度地震，那麼(me)就是0.4G，就加大了4倍。你這(zhè)個房子設計的時候是考慮輕度地震，實際上來了9度地震，那是受不了的。 而大壩的情況就不一樣了，做壩就是爲了擋水，擋水就有很大的水平荷載。當然地震也有垂直荷載，但是地震的垂直荷載是次要的，地震的破壞主要是水平荷載。即使這(zhè)個大壩在設計的時候不考慮地震，它的水平荷載也是主要荷載，這(zhè)個水平荷載很大，地震來了之後(hòu)有水平荷載，這(zhè)個水平荷載又增加了，但是這(zhè)個水平荷載跟原來的水平荷載的比，增加的比例就不是很大，等一下用數字來講。 比如100米的煙囪，風荷載是35噸，8度地的水平荷載是325噸，是平時風荷載的9倍，的安全系數大約是1.8-2.0。遠遠超過(guò)設計時能(néng)承受住的荷載，所以來了8級地震非倒不可。那麼(me)，水壩就不一樣的，150米的水壩，它平時的水平荷載是10800噸，8度地震的荷載是8860噸，是1.8倍，可是壩的安全性是3.35抗剪，4.40扛壓，抗拉是1.82。而你是1.6，那麼(me)也沒(méi)有問題。 這(zhè)就是水壩跟房屋建築、橋梁建築的根本差别，因爲水壩在平常設計的時候，它要承受巨大的水平荷載，而且安全系數比較大，就相當于大數承受3到4倍的水荷載，而地震來了8度地震是0.8，9度地震是1.6倍的水荷載。所以來了8度地震，即使這(zhè)個壩沒(méi)有考慮地震，也沒(méi)有問題。 混凝土壩安全系數是抗壓4.0，抗剪是3.0-3.5，抗拉是1.5-2.0，所以來了8度地震也沒(méi)有問題。即使有些地方可能(néng)超過(guò)一些，比如抗拉超過(guò)了一些，可能(néng)會在表面(miàn)産生裂縫。但是因爲抗剪、抗拉的安全度比較高，因此，壩塌不了。 重力壩150米高，抗滑的安全系數，靜安全系數是3.85，8度地震是2.13，9度地震是1.48，所以沒(méi)有問題。壓應力靜應力是2.17，8度地震是4.7，9度地震是7.4，所以沒(méi)有問題。拉應力可能(néng)大一點，裂縫是有可能(néng)，但是裂縫沒(méi)有關系，大壩來了地震後(hòu)沒(méi)有裂縫是不可能(néng)的。所以拱壩的抗震性比重力壩還(hái)要好(hǎo)。 208米的拱壩，壓應力靜荷載是7.5兆帕，8度地震是9.8個兆帕，9度地震是12兆帕，這(zhè)個标的是30個兆帕的抗震強度，你現在來9度地震12個兆帕，那是沒(méi)有問題的。 因此，混凝土壩耐強烈地震而不垮的根本原因在于：一是平常以水平荷載爲主：二是安全系數比較大。因爲水壩出了問題，造成(chéng)的災害比較大，所以從傳統來看，安全系數都(dōu)比較高。處于這(zhè)兩(liǎng)條原因，混凝土壩的安全系數更高。不管是汶川地震、國(guó)外的地震，所有的土木水利工程中，混凝土壩表現出的抗震能(néng)力是最強的，根本的原因是剛才說的這(zhè)兩(liǎng)條：一是平常承受住了巨大的水荷載;二是安全系數比較大。當然，并不是說以後(hòu)不需要抗震。主要說明一個問題，各種(zhǒng)土木水利工程中，混凝土壩是抗震最好(hǎo)的，汶川地震證明了，全世界的地震也證明了，台灣的石岡地震也說明了這(zhè)個問題。混凝土壩的安全是沒(méi)有問題的。 主要論著： 1、朱伯芳，有内部熱源的大塊混凝土用埋設水管冷卻的降溫計算，水利學(xué)報，1957，4：87-106。 2、朱伯芳，王同生，丁寶瑛，重力壩和混凝土澆築塊的溫度應力，水利學(xué)報，1964，1：30-34。 3、朱伯芳，在混合邊界條件下非均質粘彈性體的應力與位移，力學(xué)學(xué)報，1964，2：162-167。 4、朱伯芳，粘彈性介質内地下建築物所受的山岩壓力，水電科學(xué)院論文集第五集，1965：83-96。 5、朱伯芳，王同生，丁寶瑛，郭之章，水工混凝土結構的溫度應力與溫度控制，水利電力出版社，1976. 6、朱伯芳，基礎梁的溫度應力，力學(xué)，1979，3：200-205。 7、朱伯芳，軟基上船塢與水閘的溫度應力，水利學(xué)報，1980，6：23-33。 8、朱伯芳，黎展眉，雙曲拱壩的優化，水利學(xué)報，1981，2：11-21。 9、朱伯芳，混凝土結構徐變應力分析的隐式解法，水利學(xué)報，1983，5：40-46。 10、朱伯芳，黎展眉，張璧城，結構優化設計原理與應用，水利電力出版社，1984. 11、朱伯芳，論拱壩的溫度荷載，水力發(fā)電，1984，2：23-29。 12、朱伯芳，庫水溫度估算，水利學(xué)報，1985，2：12-21。 13、朱伯芳，不穩定溫度場有限元分區異步長(cháng)解法，水利學(xué)報，1985，8：46-52。 14、朱伯芳，大體積混凝土表面(miàn)保溫能(néng)力計算，水利學(xué)報，1987，2：18-26。 15、朱伯芳，考慮水管冷卻效果的混凝土等效熱傳導方程，水利學(xué)報，1991，3：28-34。 16、朱伯芳，碾壓混凝土拱壩的溫度控制與接縫設計，水力發(fā)電，1992，9：11-17。 17、 Zhu Bofang, Jia Jinsheng, Rao Bin and Li Yisheng, Shape optimization of arch dams for static and dynamic loads. Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.118,No.11, Nov. 1992, pp.2996-3015. 18、朱伯芳，多層混凝土結構仿真應力分析的并層算法，水力發(fā)電學(xué)報，1994，3：21-30。 19、朱伯芳，許平，碾壓混凝土重力壩的溫度應力與溫度控制，水利水電技術，1996，4：18-25。 20、朱伯芳，有限單元法原理及應用（第二版），中國(guó)水利水電出版社，1998. 21、朱伯芳，許平，通倉澆築常态混凝土和碾壓混凝土重力壩的劈頭裂縫和底孔超冷問題，水利水電技術，1998，10：14-18。 22、朱伯芳，大體積混凝土溫度應力與溫度控制，北京：中國(guó)電力出版社，1999. 23、朱伯芳，關于中國(guó)防洪問題的一些思考，科技導報，1999，4：53-54。 24、朱伯芳，論微膨脹混凝土築壩技術，水力發(fā)電學(xué)報，2000，3：1-12。 25、朱伯芳，拱壩應力控制标準研究，水力發(fā)電，2000，12。 26、朱伯芳，高季章，陳祖煜，厲易生，拱壩設計與研究，北京：中國(guó)水利水電出版社，2002. 27、朱伯芳，微膨脹混凝土自生體積變形的增量型計算模型，水力發(fā)電，2003,2。 28、朱伯芳，混凝土絕熱溫升的新計算模型與反分析，水力發(fā)電，2003,4。 29、朱伯芳，許平，加強混凝土壩面(miàn)保護，盡快結束“無壩不裂”曆史，水力發(fā)電，2004, 3。 30、朱伯芳，論壩工混凝土标号與強度等級，水利水電技術，2005，8。 31、朱伯芳，張國(guó)新，楊衛中，楊波，許平，應用氧化鎂混凝土築壩的兩(liǎng)種(zhǒng)指導思想和兩(liǎng)種(zhǒng)實踐結果，水利水電技術，2005，6。 32、朱伯芳，論混凝土壩的抗裂安全系數，水利水電技術，2005，7
